新研究：蟲洞穩定性或是穿越時空可行捷徑

蟲洞示意圖。(Shutterstock)

【大紀元2021年12月01日訊】（大紀元記者笛睿編譯報導）蟲洞是科學家設想宇宙中存在的一種連接遙遠時空兩地的捷徑，比如說從蟲洞的一端進去，從另一端出來的時候已經抵達位遙遠宇宙區域的另一個星系。

現在的技術既沒有能力探測到這種天體結構，也沒能力在地球上建造模擬的環境。但是對於未知的、假設存在的事物，現代研究的典型方法是先用現有的各種理論進行計算。如果理論計算能夠證明其存在的可能性，這就是里程碑式的一步。

就蟲洞這個令人著迷的假設來說，遺憾的是，目前大部分計算都顯示即使它能夠存在，剛產生就會坍塌，無法支持任何物體在其中完成「旅行」的過程。用科學家的說法，這種結構是極度「不穩定」的。

但是10月9日發表在預印網arXiv上的一份研究獲得一些進展，法國里昂高等師範學校（École Normale Supérieure de Lyon）的物理學家柯伊蘭（Pascal Koiran）從一種計算方法中證明蟲洞可以足夠「穩定」，讓物體從中間通過抵達另一端。

美國天文物理學家薩特（Paul Sutter）11月15日發表在Live Science的文章解釋了這份研究。薩特說，柯伊蘭通過黑洞的愛丁頓-芬克斯坦度規（Eddington–Finkelstein metric），發現蟲洞可以具有穩定性。

什麼是黑洞的度規？薩特說，就是科學家用於描述同一個概念的不同的方法。他說：「想象一下你要去祖母家吃感恩節大餐，你要知道怎麼去的路線。這可以是街道路線圖、衛星坐標，還可以是畫在餐巾紙上的地標草圖。每一種方法都是一個度規，不管你怎麼描述，你都能抵達祖母家吃到大餐。」

類似的，物理學家用不同的度規描述神秘的黑洞。最流行的至少有兩種，一種叫史瓦西度規（Schwarzschild metric），這是早期用以發現黑洞所使用的方法。但是科學家發現，任何物體抵達黑洞的邊緣——事件視界（event horizon）的時候，這套數學方法就失效了。薩特的解釋是，此時「這套度規完全無法分辨時空的不同位置」。

另一種流行的描述方法就是上面提到的愛丁頓-芬克斯坦度規。薩特說，這種度規能夠繼續追蹤跨過事件視界的物體：物體掉進黑洞後再也不見了。這怎麼與蟲洞聯繫起來？薩特說這份研究用到了「黑洞」和「白洞」的概念。

黑洞和白洞

薩特說，愛因斯特和納森·羅森（Nathan Rosen）最早提出黑洞存在其鏡像版本——白洞，並提出兩者之間可以通過蟲洞連接。所以，蟲洞的概念最早也被稱為「愛因斯坦-羅森橋」（Einstein-Rosen bridge）。簡單地理解，黑洞不允許任何物體逃逸，白洞不允許任何物體掉進去。當時的理論提出，只要把兩者的「奇點」（黑洞的中心點，理論上這是一個體積無限小、密度無限大、引力無限大的「點」）連起來，就造出了連接時空的隧道。

可是，愛因斯坦和羅森用的是史瓦西度規描述黑洞。結果他們發現，按照相對論，白洞自身都不穩定（甚至可能不存在），即使形成了蟲洞，蟲洞內極端的引力在它形成的瞬間就能夠把蟲洞拉斷。所以科學家說蟲洞「不穩定」。

這份新研究使用了愛丁頓-芬克斯坦度規。柯伊蘭說，他能夠從一個粒子跨過事件視界開始，一路追蹤它進入蟲洞隧道，再從另一端出來的整個過程，而且這個過程在有限的時間內完成。

這份研究是否足以證明蟲洞可以穩定存在？薩特認為事情還不這麼簡單。他認為這份研究只解決了引力方面的問題，蟲洞還會受到其它作用力的干擾，比如熱動力作用。從熱動力的角度看，現有的理論仍然難以證明白洞的穩定性，也認為建成的蟲洞會被極高的能量密度壓垮。

薩特的看法是，這份研究至少說明，蟲洞存在的可能性比以前理論認為的可能性大了一些，至少不會被引力摧毀。

這份研究已被安排發表在下一期的《國際現代物理學雜誌D刊》（International Journal of Modern Physics D）。

責任編輯：葉紫微